Die Universität Paderborn beteiligt sich an einem neuartigen Verbundvorhaben, das darauf abzielt, die IT-Sicherheit durch Quantenkommunikation erheblich zu verbessern. Dieses Projekt, betitelt „Quantenrepeater.Net (QR.N)“, wird mit rund 20 Millionen Euro aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und soll in den nächsten drei Jahren realisiert werden. Insgesamt arbeiten 42 Partner aus Wissenschaft und Industrie an der Entwicklung und Demonstration neuer Konzepte für Quantenrepeater auf realen Teststrecken.
Quantenrepeater sind eine Schlüsseltechnologie für die sichere Informationsübertragung über größere Distanzen. Sie sind jedoch komplexer als herkömmliche Repeater, da Quantenzustände nicht kopiert werden können. Das Team der Universität Paderborn konzentriert sich insbesondere auf die Quantenfrequenzkonversion, die es ermöglicht, verschiedene Quanten-Repeater-Plattformen miteinander zu verknüpfen. Zu den beteiligten Arbeitsgruppen gehören die „Optoelektronischen Materialien und Bauelemente“ unter der Leitung von Prof. Dr. Dirk Reuter sowie die „Integrierte Quantenoptik“, geleitet von Prof. Dr. Christine Silberhorn.
Technologische Herausforderungen und Lösungen
Die Entwicklung neuartiger Quantenlichtquellen auf Basis von Halbleiternanostrukturen steht im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens. Diese Quantenlichtquellen werden für die Quanten-Repeater der dritten Generation benötigt. Das Institut für Photonische Quantensysteme (PhoQS) wird zudem photonische Schlüsseltechnologien für die Quantenkommunikation bereitstellen. Ziel der Forschung ist auch die Entwicklung plattformübergreifender Methoden und Protokolle für hybride Quantenknoten, die bestehende Kommunikationsnetzwerke durch Quantenverschränkung unterstützen.
Die Relevanz dieser Technologien geht weit über die akademische Forschung hinaus. Sicherere Kommunikationsmethoden sind entscheidend für den Schutz kritischer Infrastrukturen in der Zukunft. In einer modernen, freiheitlichen Gesellschaft wird die sichere Kommunikation immer wichtiger. Dies wird durch die Bedrohung durch Quantencomputer unterstrichen, die bestehende kryptografische Verfahren infrage stellen.
Quantenkommunikation im globalen Kontext
Gemäß den Erkenntnissen der Fraunhofer-Gesellschaft spielen Quantenkommunikation und quantensichere Verschlüsselungsstrategien eine wachsende Rolle im Bereich der IT-Sicherheit. Die Quantenschlüsselverteilung (QKD) ist ein zentrales Element, das physikalisch sichere Kommunikationsmethoden verspricht. Abhörversuche können sofort erkannt werden, was die Kommunikationsintegrität erhöht. In der Praxis gibt es bereits kommerzielle Anwendungen und erste Pilotprojekte, wie die Initiative QuNet in Berlin, die Netzwerkknoten miteinander verbindet.
Eine kürzlich durchgeführte Studie des Fraunhofer ISI und der Universität des Saarlandes beleuchtet die aktuelle Marktreife und die Herausforderungen im Bereich der Quantenkommunikationstechnologien. Die Untersuchung zeigt, dass die Industrieführerschaft in der Patentierung bei etwa 70% liegt, was die strategische Bedeutung dieser Technologie unterstreicht. Der globale Markt für Quantenkommunikation wird bis 2030 auf voraussichtlich 5,8 Milliarden Euro ansteigen, was annualisierte Wachstumsraten zwischen 15 und 25 Prozent impliziert.